Sensores inalámbricos para aumentar la eficacia del mantenimiento aeronáutico
El proyecto FLITE-WISE creó nuevos sensores inalámbricos para facilitar la vigilancia continua de las aeronaves europeas. El sistema nuevo, con el que se espera reducir el coste y el peso de las aeronaves, se comercializará en un plazo de tres años. La industria aeronáutica transportó en 2013 a cerca de 842 millones de pasajeros en la Unión Europea de los veintiocho. Con tamaño tráfico no sorprende que la seguridad de las aeronaves esté sometida a un escrutinio continuo y se rija por normas en constante revisión y mejora a medida que aparecen tecnologías y conocimientos científicos nuevos. De hecho, se puede asegurar sin miedo a error que el transporte aéreo es uno de los más seguros, si no el que más. Por supuesto, esta seguridad requiere una vigilancia constante del estado de la aeronave que resulta cara y absorbe gran cantidad de tiempo. El mantenimiento supone normalmente entre el 10 % y el 20 % de los costes de explotación aeronáuticos, y el empleo de sensores cableados para vigilar los motores, el fuselaje, las estructuras, las cajas de cambios y otros componentes fundamentales de una aeronave es uno de los factores que abultan el monto de la factura. El proyecto financiado con fondos europeos FLITE-WISE («FLite Instrumentation TEst WIreless SEnsor») se creó con la intención de dejar atrás la carga innecesaria que suponen los cables e implantar una red inalámbrica de sensores (WSN) inteligentes que se sirven de una interfaz de radio para comunicarse entre sí. El proyecto, finalizado en diciembre, forma parte de las Iniciativas Tecnológicas Conjuntas de Clean Sky (Cielo limpio), que es una asociación público-privada entre la Comisión Europea y la industria aeronáutica destinada a reducir el impacto medioambiental de la aviación. Jean-Dominique Decotignie coordinó el proyecto en representación de CSEM. En esta entrevista concedida en exclusiva a la revista research*eu explica los progresos técnicos logrados en FLITE-WISE y aporta información sobre el valor que añade al sector. ¿Cuáles son los objetivos principales del este proyecto? En FLITE-WISE se propuso la creación de un sistema de sensores inalámbricos al que conectar sensores acústicos y de presión (con la posibilidad de incluir otros tipos de sensores) y que es capaz de funcionar en vuelo para realizar mediciones continuas en vuelos de prueba. El resultado generó dos casos de uso. El primero se trata de un nodo sensor inalámbrico completamente integrado y dedicado a la realización de mediciones acústicas en el fuselaje de una aeronave. Posee la forma de un parche flexible y circular que se pega a la superficie de la aeronave y cuenta con un nodo sensor protegido de tal manera que es capaz de soportar las duras condiciones de los vuelos de prueba. Su grosor máximo es inferior a los tres milímetros y cuenta con un sensor acústico, capacidades de comunicación, almacenamiento y suministro energético para una misión de doce horas. La energía procede de baterías ultrafinas que pueden recargarse sin cables por acoplamiento inductivo, una capacidad que hace posible obtener muestras en frecuencias de hasta 50 KHz con un error máximo del sello de tiempo entre dos nodos inferior a los 50 μs. El segundo caso de uso es el rotatorio, utilizado en el desarrollo y el ensayo de una nueva generación de rotores abiertos de rotación opuesta que poseen un rendimiento medioambiental considerablemente mejor que el de las turbohélices tradicionales. El proyecto llegó hasta la fase de demostración en este segundo apartado. El nodo sensor es completamente autónomo desde el punto de vista energético, posee un colector de energía por inducción de nueva creación y es capaz de obtener datos de ocho sensores con una precisión de sincronización (con respecto a la posición de la hélice) inferior a 0,05°. ¿Cuáles son las limitaciones principales que imponen los sensores cableados ya existentes? Los sensores cableados se emplean para vigilar el estado de diversos componentes de las aeronaves, como los motores, las estructuras, las cajas de cambios, etc. El diseño por el que se rige la ubicación de los sensores así como su utilización e instalación resulta intrincado y por tanto caro. Además, la instalación de este tipo de sensores consume mucho tiempo y por eso dificulta sobremanera las instalaciones temporales. Por último, en ciertos casos como las partes móviles —los motores por ejemplo— resulta muy complicado cablear los sensores. En su opinión, los sensores inalámbricos reducen los costes. ¿Cómo? Una red de sensores inalámbricos, por ejemplo sensores inteligentes con interfaces de radio, ofrece beneficios operativos sin precedentes. Una reducción de costes en los sensores aeronáuticos, junto con una reducción del peso a causa de la eliminación de cables y una mayor flexibilidad en su instalación (esto es, sin necesidad de rediseñar el cableado) son los principales argumentos a favor de programas como Smart Fixed Wing Aircraft de Clean Sky. ¿Cuál es el valor añadido de su tecnología para la industria aeronáutica en cuanto a eficacia? Además de la reducción de costes y peso mencionadas, la tecnología nos permite instalar sensores en casi cualquier punto del avión y de este modo detectar muchos tipos de fenómenos cerca de su fuente (calor, estrés, etc.). De este modo se logran mejoras en las fases de prueba y en el mantenimiento de las aeronaves. ¿Cuáles fueron las principales dificultades encontradas y cómo se resolvieron? Los retos principales del proyecto fueron la producción de sistemas de recolección de energía y una electrónica capaces de soportar aceleraciones enormes y temperaturas extremas (altas y bajas), un sistema de comunicación resistente a las interferencias y bloqueos y de consumo ultrabajo, un diseño enormemente compacto y fino capaz de funcionar de un modo completamente inalámbrico en el que se incluye la recarga para su colocación en el exterior de la aeronave; y una sincronización precisa de las mediciones de los sensores entre distintos nodos. Todo ello se logró mediante un método de ingeniería concurrente diseñado por el equipo multidisciplinario, compuesto por el Imperial College como especialista en obtención y almacenamiento de energía, SERMA Ingénierie como experto en electrónica aeronáutica y CSEM como encargado de la electrónica de bajo consumo, los protocolos inalámbricos y el suministro de alimentación inalámbrico. La capacidad para recolectar energía hizo necesario contar con un diseño nuevo basado en inducción magnética. El protocolo de comunicación se mejoró para reducir aún más el consumo mediante su adaptación continua a la fase operativa de la aeronave. Un consumo menor con almacenamiento de energía optimizado y una electrónica enormemente integrada fueron claves para la reducción del tamaño. Por último, para la sincronización elegimos cuidadosamente los componentes y su implementación. ¿Cuándo calcula que podrá comercializarse la tecnología propuesta? Dado que en la industria destinataria, la aeronáutica, los ciclos de desarrollo y certificación duran entre cinco y diez años, calculamos que la tecnología estará a la venta en dos o tres años. ¿Qué etapas restan del proyecto? ¿Tienen algo planeado para después de su conclusión? La tecnología ha de superar las pruebas de vuelo, para lo cual contamos con la asistencia de Airbus Operation, el experto en este campo. Esta fase se ha programado para 2015. A continuación se procederá a industrializar los prototipos de cara a su fabricación en masa. La tecnología se desarrollará aún más para mejorar su rendimiento en cuanto a la tasa de muestreo, el ancho de banda y la protección contra bloqueos.
Países
Suiza